实现ARM和DSP或协处理器的通信和协同工作，有什么解决方案和实现指南

视频监控子系统是现代智能机器人设计中必不可少的一个部分，它需要采用DSP并根据某种算法对摄入的图像进行处理和分析，它也需要采用ARM 处理器对DSP进行协同管理和控制工作，目前开发工程师碰到的一个最大设计挑战是：如何最高效率地实现ARM和DSP或协处理器的通信和协同工作？本文将详细为您介绍解决这一技术挑战的解决方案和实现指南。

德州仪器（TI）的第一颗达芬奇（DaVinci）芯片（处理器）DM6？46已经问世快三年了。继DM6？4x之后，TI又陆续推出了DM6？3x、DM35x、DM6？67、OMAP353x等一系列 ARM＋DSP或ARM＋视频协处理器的多媒体处理器平台。很多有很强DSP开发经验或ARM开发经验的工程师都转到达芬奇或通用 OMAP（OMAP353x）平台上开发视频监控、视频会议及便携式多媒体终端等产品。大家都面临着同一个问题，那就是如何实现ARM和DSP或协处理器的通信和协同工作？TI的数字视频软件开发包（DVSDK）提供了Codec Engine这样一个软件模块来实现ARM和DSP或协处理器的协同工作。有很多工程师反馈这个软件模块非常好用，节省了很多开发时间，也有工程师认为 TI提供的资料太多，不知如何快速上手。本文将从一个第一次接触Codec Engine的工程师角度出发，归纳TI提供的相关资源（文档，例程和网络资源），并介绍相关开发调试方法帮您快速入门Codec Engine。

1．Codec Engine概述

如图1所示，Codec Engine是连接ARM和DSP或协处理器的桥梁，是介于应用层（ARM侧的应用程序）和信号处理层（DSP侧的算法）之间的软件模块。ARM应用程序调用Codec Engine的VISA （Video， Image， Speech， Audio）API，如图1中VIDENC_process（a， b， c ）。Codec Engine的stub （ARM侧）会把参数a， b， c以及要调用DSP侧process这个信息打包，通过消息队列（message queue）传递到DSP。Codec Engine的skeleton（DSP侧）会解开这个参数包，把参数a， b， c转换成DSP侧对应的参数x， y， z（比如ARM侧传递的是虚拟地址，而DSP只能认物理地址），DSP侧的server（优先级较低，负责和ARM通信的任务）会根据process这一信息创建一个DSP侧的process（x， y， x）任务最终实现VIDENC_process（a， b， c）的操作。

图1 达芬奇软件结构框图

2. Codec Engine入门第一步

有些初学者认为Codec Engine文件包结构复杂，很难找到自己想找的文档或例子。其实在Codec Engine文件包的根目下有一个发布说明文档，比如Codec Engine 1.20 根目录下的release_notes_codec_engine_1_20.html。这个文档就是你了解Codec Engine的开始，里面有关于该版本Codec Engine的介绍、相关文档资料的链接、新的功能、支持哪些芯片、已知的bug、修正了哪些bug及例子等等的具体说明。具体如图2蓝色字体所示。浏览该文档后，初学者至少可以知道哪里可以找到自己想要的文档或例子。举例来说，如果想找相关的文档，点击 Documentation就可以看到这个Codec Engine文件包里的文档的链接。

图2 Codec Engine 1.20 Release Notes截图

3．Codec Engine入门第二步

点击Codec Engine的发布说明文档（如图2）的Validation Info，我们可以知道Codec Engine 1.20需要和以下软件模块和工具配合使用：

* Framework Components 1.20.02

* xDAIS 5.21

* XDC Tools 2.93.01

* DSP/BIOS Link 1.40.05， configured for the DM6？46 EVM

* C6x Code Generation Tools version 6.0.8

* DSP/BIOS 5.31.05

* MontaVista Linux v4.0

* Red Hat Enterprise Linux 3 （SMP）

因此，我们需要在该Codec Engine安装的DVSDK文件包下面检查上面提到的软件模块和工具是否安装，版本是否正确。否则，可能会编译不过 Codec Engine的例子。那么，什么是 Framework Components，什么是xDAIS，什么又是XDC Tools呢？你可以分别到它们的根目录下浏览它们各自的发布说明文档，做一个总体的了解。

这里我们简单介绍一下，可以帮助大家尽快找到和自己相关的重点及资源。

1）Framework Components是TI提供的一个软件模块，负责DSP侧的memory 和DMA资源管理。因此，DSP算法工程师需要了解这个软件模块。http://tiexpressdsp.com/wiki /index.php？title=Framework_Components_FAQ

2）xDAIS 是一个标准，它定义了TI DSP算法接口的标准。这样大大提高了DSP算法软件的通用性。DSP算法工程师要写出能被ARM通过Codec Engine调用的算法，必须保证自己的算法接口符合这个标准。因此，DSP算法工程师也必须了解这个软件模块。 http://tiexpressdsp.com/wiki/index.php？title=Category:XDAIS

3）XDC Tools和gmake类似，是一个工具。XDC根据用户定义的一套build指令，通过调用用户指定的ARM 工具链（Tool Chain）和DSP编译器（C6x Code Generation Tools ）build出ARM侧和DSP侧的可执行文件。可以先不必细究这个工具，只需通过编Codec Engine的例子，知道如何设置build指令就可以了。

4）DSP/BIOS Link是实现ARM和DSP之间通信的底层软件，Codec Engine就是建立在这个底层软件之上。在修改系统内存分配（缺省是256MB的DDR2）时，DSP/BIOS Link 1.38版本的用户需要修改DSP/BIOS Link的配置文件，并重新build DSP/BIOS Link。而DSP/BIOS Link 1.40版本以后的用户就无需此操作。http://tiexpressdsp.com/wiki /index.php？title=DSPLink_Overview

http://wiki.davincidsp.com/index.php？title=Changing_the_DVEVM_memory_map

5）C6x Code Generation Tools是Linux环境下C6000系列DSP的编译器。我们用CCS开发DSP时都是用的Windows环境下的DSP编译器。

6）DSP/BIOS 是TI 免费提供的DSP实时操作系统。和上面C6x Code Generation Tools一样，这里的DSP/BIOS也是Linux环境下的版本。DSP系统工程师需要了解这个操作系统。http： //tiexpressdsp.com/wiki/index.php？title=CategorySPBIOS

4. Codec Engine入门第三步

开发ARM＋DSP平台需要三类工程师：ARM应用程序工程师、DSP算法工程师和DSP系统工程师。而开发ARM＋协处理器平台只需要ARM应用程序工程师。下面就让我们针对这三类工程师做分别介绍。如果您使用的是TI或TI第三方的编解码算法，就不需要关注DSP算法工程师的部分。如果使用ARM＋协处理器平台，就只需关心ARM应用工程师的部分。

4．1 DSP算法工程师应该如何着手？

这里我们不讨论如何开发DSP算法，只讨论DSP算法工程师怎样让自己的算法可以被ARM通过Codec Engine调用。（参考http://www.ti.com/litv/pdf/sprued6c，这个文档会讲到codec package及相关的.xs和.xdc文件，Codec Engine1.20及以上版本的用户可以先不细究这些内容，后面会介绍工具帮您自动生成这些文件。）

1）熟悉xDAIS和xDM标准。

xDM 只是xDAIS的扩展，因此，需要先了解xDAIS。在xDAIS 软件包根目录下的发布说明文档里，可以很快找到关于xDAIS和xDM的文档链接。http://focus.ti.com/lit/ug /spruec8b/spruec8b.pdf

在xDAIS安装路径下的examples/ti/xdais/dm/examples /g711有一个g711_sun_internal.c，这个算法不符合xDAIS标准。在同一个路径下的g711dec_sun_ialg.c （decoder）和g711enc_sun_ialg.c （encoder）是封装成符合xDM标准之后的编解码算法。可以通过这个例子学习和了解如何把自己算法封装成符合xDM标准的算法。

xDAIS 6.10及其以后的版本，包含了一个工具QualiTI，可以检查您的DSP算法是否满足xDAIS标准（但不会检查是否满足xDM）。具体请参考：http://tiexpressdsp.com/wiki /index.php？title=QualiTI_XDAIS_Compliance_Tool

2）熟悉 Framework Components。

Framework Components主要包括两个模块DSKT2和DMAN3，它们分别负责DSP侧的memory 和EDMA资源管理。DSP算法使用的memory必须是先向DSKT2提出申请并由DSKT2分配得到的。同样DSP算法使用的EDMA通道也是向 DMAN3申请并由DMAN3分配得到的。而关于QDMA的操作，是通过ACPY3这个模块实现的。这样的好处是很容易对DSP侧不同的算法做整合，不同的算法之间不用担心资源（Memory和EDMA）的冲突问题。

在Framework Components 软件包根目录下的发布说明文档里，可以很快找到相关文档的链接。在Framework Components安装路径下packages isdofcdman3examples有一个Fast Copy的例子，可以帮您理解如何基于Framework Components的ACPY3模块实现QDMA的操作。

另外，有些用户 DSP侧的算法比较简单，在确保不和ARM侧EDMA资源冲突的前提下在算法里直接操作EDMA不使用DMAN3也是可以的。这样做的弊端是和其它算法做整合时会遇到资源使用冲突的问题。

4．2 DSP系统工程师应该如何着手？

通常DSP算法工程师都会把自己的符合xDM标准算法编成一个.lib文件（或 .a6？P），供DSP系统工程师调用。DSP系统工程师最终build出一个DSP Server（也就是DSP的可执行程序.x6？P，和CCS下编译生成的.out类似）。（参考http://focus.ti.com/lit/ug /sprued5b/sprued5b.pdf，这个文档会讲到.xdc和.bld等文件，Codec Engine1.20及以上版本的用户可以先不细究，后面介绍工具帮您自动生成这些文件。）

1）如果现在有一个.lib文件（或 .a6？P）（算法必须符合xDM标准），如何生成自己的DSP Server呢？下面URL有详细的关于RTSC Codec and Server Package Wizard工具介绍，教您如何把一个.lib文件封装成RTSC Codec 包和RTSC DSP Server包，并最终build出DSP的可执行程序.x6？P。http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=RTSC_Codec_And_Server_Package_Wizards http://wiki.davincidsp.com/index 。.. work_with_the_DVSDK

2）如果您使用的是Codec Engine 1.20以前的版本，请参考Codec Engine安装路径下examples/servers/video_copy这个例子。这时就需要搞清楚sprued6c.pdf和 sprued5b.pdf中提到的.xdc和.xs等文件的功能，也可以在video_copy中的相关文件的基础上修改手动创建出自己的RTSC Codec包和RTSC DSP server包。

3）创建好RTSC Codec 和RTSC DSP Server包之后，就是如何build出.x6？P的问题了。点击图2所示的Examples，就可以找到build Codec Engine例子的说明文档的链接。按照这个文档做一遍后，就可以对如何build Codec Server有一个清楚的了解。其中关键是修改user.bld和xdcpaths.mak文件，设置Codec Engine依赖的其它软件模块和工具的正确路径。

4）如果自己的硬件DDR2大小和例子中的256Mbytes不一致，需要修改DSP的.tcf文件和其他配置。还有些工程师不清楚如何分配memory及如何决定具体段，如：DDRALGHEAP和DDR的大小，以及如何配置。/loadmodules里的参数都请参考： http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Changing_the_DVEVM_memory_map。

4．3 ARM应用程序工程师应该如何着手？

ARM应用工程师需要调用Codec Engine的VISA API，最终编出ARM侧的可执行程序，因此，必须根据自己的应用学习相关的VISA API、如何创建应用侧Codec Engine的package及配置文件。（参考http://focus.ti.com/lit/ug/sprue67d/sprue67d.pdf，这个文档也涉及到如何调试Codec Engine的内容）。

1）了解ARM应用程序调用Codec Engine的流程、VISA API和其他Codec Engine API。可以参考Codec Engine安装路径下examples/apps/video_copy的例子（较简单）或者DVSDK安装路径下demos里的encode /decode/encodedecode例子（较复杂）。http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Configuring_Codec_Engine_in_Arm_apps_with_createFromServer

2）了解ceapp.cfg文件。sprue67d.pdf有相关介绍，可以先读懂examples/apps /video_copy/ceapp.cfg。

3）用4.2 3）中提到的方法学习如何build ARM侧的可执行程序。

4）如何在多线程中调用codec engine，参考：http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Multiple_Threads_using_Codec_Engine_Handle

5）还可以参考以下三个文档了解更多TI demo的ARM应用程序的结构、线程调度等具体的问题。

EncodeDecode Demo for the DaVinci DVEVM/DVSDK 1.2 （Rev. A）（spraah0a.htm， 8 KB） 27 Jun 2007 Abstract

Encode Demo for the DaVinci DVEVM/DVSDK 1.2 （Rev. A）（spraa96a.htm， 8 KB） 27 Jun 2007 Abstract

Decode Demo for the DaVinci DVEVM/DVSDK 1.2 （Rev. A）（spraag9a.htm， 8 KB） 27 Jun 2007 Abstract

5．使用中常碰到的问题

1）如果遇到问题可以先访问http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Codec_Engine_FAQ。

2）有些工程师没有DSP开发经验，或者暂时没有仿真器通过JTAG调试DSP。可以参考下面网页的内容，先做一个“Hello World”的例程对ARM和DSP如何协同工作有个感性认识。http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=How_to_build_an_ARM/DSP_Hello_World_program_on_the_DaVinci_EVM

3）很多工程师都是参考video_copy的例子，在它的基础上把自己的算法加进去。因为有源代码，这样比较容易。但肯定要根据自己算法的需要修改ARM和DSP之间传递的buffer和参数，重要的是先保证ARM侧的应用程序可以把buffer和参数正确传递到DSP，DSP可以把处理之后的buffer正确的传到ARM侧的应用程序。把这个通路打通之后，就比较容易定位问题是出在ARM应用程序还是DSP侧的算法。另外，参考 video_copy例子时注意代码的注释，以便清楚哪一句代码可以删掉哪一句必须要修改或保留。如果要扩展xDM的数据结构请参考：http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Extending_data_structures_in_xDM。

4）Codec Engine DSP侧会涉及到Cache一致性的问题。请参考：http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Cache_Management

5）关于Codec Engine系统调试，有以下几种方法：

A.打开Codec Engine trace，通过打印信息看问题出在什么地方。比如engine_open失败，DSP侧不能创建codec 等等。

a）Codec Engine 2.0及以上版本，请参考：http://wiki.davincidsp.com/index 。.. g_Feature_in_CE_2.0

b）Codec Engine 1.x版本，请参考：http://wiki.davincidsp.com/index.php？title=TraceUtil

B.ARM 应用程序跑起来后，用仿真器连上CCS调试DSP侧程序，参考：http://wiki.davincidsp.com /index.php？title=Debugging_the_DSP_side_of_a_CE_application_on_DaVinci_using_CCS

C.用Soc Analyzer可以做系统调试之外，还可以统计具体函数运行（ARM和DSP侧）时间（benchmark）。请参考：http://tiexpressdsp.com/wiki/index.php？title=SoC_Analyzer

6）因为Codec Engine是介于ARM 应用程序和编解码算法中间的软件模块，很多工程师非常想知道它的开销（overhead），请参考：http://wiki.davincidsp.com/index.php？title=Codec_Engine_Overhead

7）如何在Linux环境下编DSP的汇编或线性汇编程序？

在Codec Engine安装路径下/packages/config.bld文件里

var C6？P = xdc.useModule（‘ti.targets.C6？P’）;

之后添加：